触摸式延时电灯电路设计

触摸式延时电灯电路设计陈伟麟罗锦伟卢贞仲萧甘泽张世文指导老师：李敏一、论文背景1.1研究目的：随着第三次科技革命的到来，我们的生活正迈向自动化和智能化。

各种电子产品，正一步步地走进我们的生活中来。

而许多电子产品都是一个电子控制系统，按照设计者意愿进行工作。

通过设计一个简单的电子控制系统，有助于我们更好地了解现代科技，并让我们从中体现科技所带来的乐趣，所以我们小组研究的目的是为了认识现代科技中的电子技术。

1.2研究方法：上网和去图书馆查找资料，了解许多通用电子元件的使用方法和系统的知识，简单了解逻辑电路的使用。

通过对相关资料的整理，进行简单的归纳和总结，用简单的方法去演绎一个设计方案的设计过程。

1.3研究对象：电灯。

二、常见的电灯附带功能及其电路分析可能有人会觉得一盏小小的电灯没有什么特别之处。

但自从几百年前爱迪生发明电灯以来,电灯就在不断地发展，在现代电子技术工作者，给电灯赋予了各种各样的功能，使其也变成了自动化和智能化，更好地方便人们的生活。

常见的功能如下：触摸式开启：利用触摸开关，只要用手轻轻触摸一下，电灯就亮起来。

延时功能：电灯开始后，过一段时间后就能自动关闭。

光控功能：利用手电筒等光源照一下电灯的光感应元件，灯就亮起来了。

或者用光控电路使电灯无法在光亮的环境下亮起来。

声控功能：只要拍一下手，电灯就自动开始，关闭也用同样的方法。

下面我们对能够实现上述功能的一些简单电子电路进行整理分析：2.1触摸电路。

触摸式开关电路的基本原理是：利用人体的导电性质，通过金属片把人体感应电压输入电子电路中，再经过放大元件放大，而作用于电路。

常见的放大元件有集成运放，三极管，场效应管等。

常见的电路如下：M为金属片。

（a）图中放大元件为集成运放，属于反相放大器。

当用手指接触M时，电流从金属片流向人体，反相放大器负输入端输入负电压，经过放大输出U。

其放大系数为：B=R2/R1。

(b)图中放大器元件为两个复合三极管。

三极管通过复合可有效提高放大电流。

当用手触摸M时，人体感应电动势从M输入，VT 的基极得到触发电流，三极管导通，通过放大输出U。

值得注意的是，必须让手指直接触摸金属片才能使电路工作。

放大电路可放大倍数越大，电路灵敏度就越高。

触摸式开关被广泛应用到各科关并场合中，如常见的电灯中。

其有着无机械噪音，无机械磨损的优点。

2.2延时电路延时电路被广泛应用于延时电灯，洗衣机，微波炉等电器种，使电器的使用更加方便。

精确度高的电路被用于秒级控制的电器中。

常用的简单延时电路的基本原理是利用电容的充电放电功能来实现延时功能，并与各类电子元件相互组合实现不同的延时控制。

延时电路可实现延时开启和延时关闭等控制。

电容与其它电子元件的组合使用有如下几种：1.电容与放大电路。

其电路图如下：图（a）与（b）在有电压U输入时，三极管基极有电流通过，电路导通，同时，电容C被快速充电。

U停止输入后，电容放电，使三极管继续保持导通，延时开始，直到电容放电完毕，三极管截止，延时结束。

图（b）中加入了电磁继电器，当三极管导通时，电磁继电器吸合，可实现低压控制高压的延时。

2.电容与晶闸管。

电路简图如下：工作原理：当有U0输入时，晶闸管V导通，同时C正向充电，当没有U输入后，电容放电使晶闸管Vs保持导通，使工作电路运作。

当C放电完毕，Vs因没有触发电流而截止，延时结束。

延时时间由C的电容量和R的大小决定。

3.电容与光电耦合电器。

电路简图如（d）：当有电压U输入时，电容C充电，左端电路通过光电耦合器，使工作电路启动，并实现延时控制。

光电耦合器和电磁继电器一样可实现隔离控制。

4.电容与单结晶体管。

电路简图如（e）：当开关S闭合后，电容C缓慢充电，过一段时间后，C上极的电势高于VT 的峰值电压，单结晶体管突然导通，发出一个正脉冲，使晶闸管V突然导通，工作电路开始工作。

此电路可实现延时启动的功能。

2.3光控电路使用光控电路可实现用电筒等光源来控制电灯的开启与关闭。

并能实现电路的自动动作。

如常见的路灯控制电路就是此类电路。

光控电路的其中原理是应用光敏元件来实现光线对其影响。

常见的光敏元件有光敏二极管、光敏三极管和光敏电阻等。

常见的一些控制电路简图如下：图（a）中。

所使用的感光器件为光敏三极管，当光敏三极管受光照射时，VT2导通，使VT1导通，电磁继电器吸合，工作电路接通，实现光控开启。

图（b）中，由光敏电阻与晶闸管V构成控制电路，当白天自然光线较强时，光敏电阻呈低电阻，与R1分压后使晶闸管Vs门电极外于低电平，V关断。

当光线较暗时，R2呈高阻，使V门电极处于高电平，V获得正向触发电压而导通，灯L亮。

2.4声控电路使用声控电路可实现电路的智能化控制，实现无接触式开启，关闭。

被广泛运用于各种智能化控制电路中，如智能化控制的照明系统。

只要拍拍手就可以让电路自动开启，有着无比的方便性。

声控电路的基本原理是利用话筒来接收外界声音，把声音信号转化成电信号，再经过放大处理作用于电路的工作。

一些简易的电路控制图如下：图（a）(b)中，B为话筒。

图（a）工作原理为，当B接受到声音信号时，B 将声音信号变成电信号，并经过电容C耦合触发晶闸管，使其导通，工作电路导通。

晶闸管导通后，保持导通状态。

图（b）为声音信号的放大电路。

当B接受到声音信号时，B将声音信号变成电信号，并经三极管VT1,VT2两级放大，再经过耦合电容C3把信号输入到下一级电路。

经过放大器件将声音信号放大可增强声控电路的灵敏度。

通过对上述常用的功能电路的简单分析，我们小组决定利用功能组合的方法，设计一个简单的电灯控制电路。

三、设计过程3.1设计题目：触摸式延时电灯的简单设计3.2功能要求：（1）使用触摸模式开关来开启；（2）实现声控开启；（3）延时关闭；（4）在外界光亮度较大时，电路无法开启。

3.3设计分析：（1）可选择开环电子控制系统被控量是灯光，被控对象是小灯泡；（2）有三个输入端，一个是触摸开关，一个是声控开关，一个是光入端；（3）控制部分可以使用电子电路作为控制核心。

3.4设计过程:1.画出电灯的控制系统方框图2.根据系统的要求分析出电路的组成如下其中，触摸开关部分选用图1－（b）类似的方案，声控部分选用图1－(a)类似的方案，光控部分选用光敏电阻作为基本感光元件，延时部分先用图2－(a)的方案。

接下来的处理部分的解决就是最大的问题。

开始时我们决定使用逻辑电路来实现其功能要求。

有三个输入端，若设光控信号为A，由于触摸开关可声控部分可连在同一个延时电路中，可高它们为B，设输出为Y。

当A为高电平时，Y为低。

当A为低电平时，B为高电平时，Y为高。

逻辑真值表为图(1)。

根据图表可知其逻辑表达式为，逻辑电路使用如图(2)。

随后，我们知道上述电路中使用了两种门电路，而通用的集成电路块都只含一种门电路。

必须对其进行变形。

因为,根据反演律有这样就可以使用或非门来实现同样的处理功能。

门电路连接如图（3）。

按照此图的电路连接，可使用CT74LS02或CC4001的四二输入或非门。

其引脚如图（4）。

其连接方法是A连1，B连5和6，4和2连接，3即为输出端Y。

但后来我们发现使用这样的方法还是浪费了集成电路的两个门。

因为电路要实现的逻辑功能比较简单，可以用其他的方法代替门电路的使用，通过查找相关的电路图使用，决定使用两个三极管实现设计要求,如图（5）。

令外界光度较高时，A输入为低电平，无论B输入为高电平，若有B为高电平，电灯就可亮起来。

光控电路部分电路如图（6）所示。

当R2接收到外界较强光线时，U为低电平，当外界光线较弱时，R2呈现高电阻，U为高电平。

然后我们才发现只要把逻辑表达式中的改变为A就是一个与门电路，之前所思考的方法反而使电路更加复杂。

而图（5）就是一个与门电路的简单形式之一。

3.上述的设计内容，画出总的设计图如下:其工作原理为：⑴当外界光线较强时，光敏电阻R4呈现低电阻，三极管VT6基极为低电平，三极管截止。

电灯无法亮起来。

⑵当外界光线较弱时，三极管VT6基极为高电平，三极管VT6导通。

当用手触摸金属片M时，人体感应电动势从M输入，经过三极管VT4，VT5放大在短时间内给C充电，同时，VT7有基极电流，VT7导通。

电灯发光。

当手指离开M后，电容C3开始放电，VT7保持导通，延时开始，当C放电完毕，VT7截止，电灯泡熄灭，延时结束。

延时时间由C3和R5的数值决定。

⑶声控。

大力地拍一下手掌,使B接收声音信号,再把声音信号转化为电信号,再转入三极管组,VT1,VT2,VT3经过放大后的电流作用于电容C3使其充电,并使VT7导通,若此时VT6也导通,电灯泡就亮起来了。

电容C的放电充电使其实现延时功能。

此电路可使用于楼梯过道等场合。

若能正常工作可方便地实现手控和声控作用。

值得注意的是R4必须要安装在电灯EL照不到的地方.否则电灯泡亮起来后又会自动熄灭。

由于对电子电路计算的方法不大熟悉,图7中各元件的数值都采用估计的方法,可能会存在一些问题。

另外，制作多功能的电灯还可以利用一些专业的集成电路,使电路大大简化,如555时基电路等。